JP2005147648A - Water tube boiler - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、貫流ボイラ,自然循環式水管ボイラ,強制循環式水管ボイラなどの水管ボイラの缶体構造に関するものである。 The present invention relates to a can structure of a water tube boiler such as a once-through boiler, a natural circulation water tube boiler, or a forced circulation water tube boiler.
水管ボイラの缶体構造には、複数本の水管を環状に配置して内側水管列を形成し、この内側水管列の内側に燃焼室を形成し、前記内側水管列の外側にさらに複数本の水管を環状に配置して外側水管列を形成し、両水管列によりガス流路を形成したものがある。前記燃焼室内では、主に輻射伝熱が行われ、前記ガス流路では、主に対流伝熱が行われる。 In the can structure of the water tube boiler, a plurality of water tubes are annularly arranged to form an inner water tube row, a combustion chamber is formed inside the inner water tube row, and a plurality of water tubes are further provided outside the inner water tube row. Some water tubes are annularly arranged to form an outer water tube row, and a gas flow path is formed by both water tube rows. Radiation heat transfer is mainly performed in the combustion chamber, and convection heat transfer is mainly performed in the gas flow path.
前記水管ボイラでは、ボイラ効率の向上を図るために、前記各水管に伝熱フィンを設けて伝熱面積を増加させる対策が実施されている。具体的には、前記両水管列における前記ガス流路側の伝熱面に横ヒレ形状の伝熱フィンを多段に設けて、ボイラ効率の向上を図っている(たとえば、特公平6−13921号公報(米国特許第4825813号公報)参照)。 In the water pipe boiler, in order to improve boiler efficiency, measures are taken to increase the heat transfer area by providing heat transfer fins in each water pipe. Specifically, horizontal fin-shaped heat transfer fins are provided in multiple stages on the heat transfer surface on the gas flow path side in both the water tube rows to improve boiler efficiency (for example, Japanese Patent Publication No. 6-13921). (See U.S. Pat. No. 4,825,813)).
この構造の長所としては、前記伝熱フィンにより伝熱面積が増加してボイラ効率が向上するとともに、製造上の誤差によりボイラ効率が低くなることが少ないという長所がある。しかし、その反面、圧力損失が大きいという課題があり、大型の送風機を使用する必要があった。また、前記燃焼室から前記ガス流路へのガスの流入は、前記内側水管列に設けられた開口部を介して行われるが、この開口部が1箇所しかない場合、この開口部周辺の前記各水管の熱負荷が高くなるという課題があった。 As an advantage of this structure, there is an advantage that the heat transfer area is increased by the heat transfer fins to improve the boiler efficiency, and the boiler efficiency is less likely to be lowered due to a manufacturing error. However, on the other hand, there is a problem that the pressure loss is large, and it is necessary to use a large blower. In addition, the inflow of gas from the combustion chamber to the gas flow path is performed through an opening provided in the inner water pipe row. When there is only one opening, the area around the opening is There was the subject that the heat load of each water pipe became high.
この発明が解決しようとする課題は、水管ボイラの缶体において、高いボイラ効率を実現しつつ圧力損失を低く抑えるとともに、水管の熱負荷の均一化を図ることである。 The problem to be solved by the present invention is to achieve a high boiler efficiency in the can of a water tube boiler while keeping the pressure loss low and making the heat load of the water tube uniform.
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、複数の第一水管により構成され、隣接する前記各第一水管間に所定範囲にわたって隙間が形成された環状の第一水管列と、この第一水管列の内側に形成された燃焼室と、前記第一水管列の外側に設けられた壁部材と、前記第一水管列と前記壁部材とにより形成されたガス流路とを備え、前記ガス流路のうち前記所定範囲の流路断面積をガスの流速の増加を抑えるように設定したことを特徴としている。
This invention was made in order to solve the said subject, and invention of
請求項2に記載の発明は、複数の第一水管により構成され、隣接する前記各第一水管間に所定範囲にわたって隙間が形成された環状の第一水管列と、この第一水管列の内側に形成された燃焼室と、前記第一水管列の外側に設けられた壁部材と、前記第一水管列と前記壁部材とにより形成されたガス流路とを備え、前記ガス流路のうち前記所定範囲の流路断面積をガスの流れ方向の下流側へ向かって次第に増加させたことを特徴としている。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、前記各隙間を前記ガス流路におけるガスの流れ方向の下流側の前記隙間ほど小さくしたことを特徴としている。
The invention described in
さらに、請求項4に記載の発明は、前記壁部材が、複数の第二水管により構成された環状の第二水管列であることを特徴としている。
Furthermore, the invention described in
この発明によれば、前記ガス流路において、充分な伝熱量を得ることができ,かつ圧力損失があまり大きくならない適切なガス流速を維持することができ、高いボイラ効率と低い圧力損失とを両立することができる。すなわち、高いボイラ効率を実現しつつ圧力損失を低く抑えることができる。また、ガスが複数の前記各隙間から前記ガス流路へ流入するため、伝熱量が前記各第一水管へ分散されて、前記各第一水管の熱負荷を均一化することができる。 According to the present invention, a sufficient amount of heat transfer can be obtained in the gas flow path, and an appropriate gas flow rate at which the pressure loss does not become so large can be maintained, and both high boiler efficiency and low pressure loss are achieved. can do. That is, the pressure loss can be kept low while realizing high boiler efficiency. Moreover, since gas flows into the gas flow path from a plurality of the gaps, the heat transfer amount is distributed to the first water pipes, and the heat load of the first water pipes can be made uniform.
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明は、多管式の水管ボイラとして実施され、蒸気ボイラや温水ボイラのほか、熱媒を加熱する熱媒ボイラなどに適用される。 Next, an embodiment of the present invention will be described. The present invention is implemented as a multi-tube water tube boiler, and is applied to a heat medium boiler that heats a heat medium in addition to a steam boiler and a hot water boiler.
まず、この発明の第一の実施の形態について説明する。この発明に係る水管ボイラの缶体は、複数の第一水管により環状の第一水管列が形成され、この第一水管列の内側に燃焼室が形成されている。この第一水管列には、隣接する前記各第一水管間に所定範囲にわたって隙間が形成されている。すなわち、前記第一水管列は、前記所定範囲の隙間保有部と、残りの水管壁部とにより構成されている。この水管壁部は、前記各隙間が形成されておらず、前記各第一水管を密接して,あるいは前記各第一水管を第一連結ヒレで連結して構成されている。そして、前記第一水管列の外側には、円筒状の壁部材が設けられており、前記第一水管列と前記壁部材とによりガス流路が形成されている。このガス流路と前記燃焼室とが、前記各隙間を介して連通している。また、前記壁部材には、前記水管壁部と向かい合う位置に開口部が設けられており、前記ガス流路を流れるガスは、この開口部から外部へ排出される。 First, a first embodiment of the present invention will be described. In the can of the water tube boiler according to the present invention, an annular first water tube row is formed by a plurality of first water tubes, and a combustion chamber is formed inside the first water tube row. In the first water pipe row, a gap is formed over a predetermined range between the adjacent first water pipes. In other words, the first water pipe row is constituted by the gap holding part in the predetermined range and the remaining water pipe wall part. The water pipe wall portion is not formed with the gaps, and is configured by closely contacting the first water pipes or by connecting the first water pipes with a first connection fin. A cylindrical wall member is provided outside the first water tube row, and a gas flow path is formed by the first water tube row and the wall member. The gas flow path and the combustion chamber communicate with each other through the gaps. The wall member is provided with an opening at a position facing the water pipe wall, and the gas flowing through the gas flow path is discharged to the outside through the opening.
また、前記ガス流路のうち前記所定範囲(すなわち、前記ガス流路のうち前記隙間保有部と前記壁部材とにより形成された部分)の流路断面積は、前記ガス流路を流れるガスの流速の増加を抑えるように設定されている。具体的には、前記各隙間からのガスの合流により、前記ガス流路を流れるガスの流量が増加するので、前記流路断面積をガスの流れ方向の下流側へ向かって次第に増加させた構成としている。この構成により、前記ガス流路のうち前記所定範囲を流れるガスの流速をほぼ一定とすることができ、充分な伝熱量を得ることができ,かつ圧力損失があまり大きくならない適切なガス流速を維持することができる。したがって、高いボイラ効率(熱回収率)と低い圧力損失とを両立することができる。ガス流速をほぼ一定とするにあたっては、ガス流速を所定の範囲に維持し、この所定の範囲内であれば、微増するものは含むものとする。 In addition, the flow passage cross-sectional area of the predetermined range (that is, the portion formed by the gap holding portion and the wall member in the gas flow passage) of the gas flow passage is the amount of gas flowing through the gas flow passage. It is set to suppress the increase in flow velocity. Specifically, since the flow rate of the gas flowing through the gas flow path is increased by the merge of the gas from the gaps, the cross-sectional area of the flow path is gradually increased toward the downstream side in the gas flow direction. It is said. With this configuration, the flow rate of the gas flowing through the predetermined range in the gas flow path can be made almost constant, a sufficient amount of heat transfer can be obtained, and an appropriate gas flow rate that does not increase pressure loss is maintained. can do. Therefore, both high boiler efficiency (heat recovery rate) and low pressure loss can be achieved. In order to make the gas flow rate substantially constant, the gas flow rate is maintained within a predetermined range, and if it is within this predetermined range, the one that slightly increases is included.
ここにおいて、前記ガス流路のうち前記所定範囲では、ガスから前記各第一水管内を流れる被加熱流体への伝熱が行われるため、ガスの温度が低下し、それに伴う体積減少分だけガス流量が減少するが、合流によるガス流量の増加量の方が大きいため、全体としては、ガス流量は増加する。したがって、前記流路断面積は、温度低下に伴う体積減少分も考慮して設定されている。一方、前記ガス流路のうち前記所定範囲外(すなわち、前記ガス流路のうち前記水管壁部と前記壁部材とにより形成された部分)では、ガスの合流がなく、伝熱によるガス温度の低下に伴い、ガス流量は減少する。そこで、その流路断面積をガスの流れ方向の下流側へ向かって次第に減少させた構成としている。これにより、前記ガス流路のうち前記所定範囲外でも、充分な伝熱量を得ることができ,かつ圧力損失があまり大きくならない適切なガス流速を維持することができる。また、実施に応じては、たとえば前記ガス流路のうち前記所定範囲外の長さが短い場合は、その流路断面積を減少させ
ない構成とすることもできる。
Here, in the predetermined range of the gas flow path, heat transfer from the gas to the heated fluid flowing in the first water pipes is performed, so that the temperature of the gas is lowered, and the gas volume is reduced by the accompanying volume reduction. Although the flow rate decreases, the gas flow rate increases as a whole because the increase amount of the gas flow rate due to the merge is larger. Therefore, the flow path cross-sectional area is set in consideration of the volume decrease due to the temperature decrease. On the other hand, in the gas flow path, outside the predetermined range (that is, the portion formed by the water pipe wall portion and the wall member in the gas flow path), there is no gas merging, and the gas temperature due to heat transfer As the flow rate decreases, the gas flow rate decreases. Thus, the cross-sectional area of the flow path is gradually reduced toward the downstream side in the gas flow direction. As a result, a sufficient amount of heat transfer can be obtained even outside the predetermined range in the gas flow path, and an appropriate gas flow rate at which the pressure loss does not become so large can be maintained. Further, depending on the implementation, for example, when the length outside the predetermined range of the gas flow path is short, the cross-sectional area of the flow path may not be reduced.
また、前記隙間保有部は、前記第一水管列の中心角において、140度〜320度の範囲にわたって設けられ、好ましくは約180度の範囲にわたって設けられている。そして、前記各隙間(具体的には、前記各隙間の幅)は、均等に設定することもできるが、下流側の前記隙間ほど前記開口部に近いため、ガスが流れやすく、ガス流量が大きくなる傾向があるため、前記各隙間は、前記ガス流路におけるガスの流れ方向の下流側のものほど小さく設定されている。この構成により、前記各隙間におけるガス流量の偏りを抑制し、前記各隙間においてほぼ均等なガス流量とすることができる。ここにおいて、前記各隙間の幅は、燃料がガス燃料の場合は、0.5〜3mmの範囲に設定され、燃料が油燃料の場合は、煤詰まりの防止を考慮して、1.5〜8mmの範囲に設定される。 Moreover, the said clearance holding part is provided over the range of 140 degree | times -320 degree | times in the center angle of said 1st water pipe row | line | column, Preferably it is provided over the range of about 180 degree | times. The gaps (specifically, the widths of the gaps) can be set evenly, but since the gaps closer to the downstream side are closer to the opening, the gas easily flows and the gas flow rate is larger. Therefore, the gaps are set to be smaller toward the downstream side of the gas flow path in the gas flow direction. With this configuration, it is possible to suppress the deviation of the gas flow rate in each of the gaps and make the gas flow rate substantially uniform in each of the gaps. Here, the width of each gap is set in the range of 0.5 to 3 mm when the fuel is gas fuel, and when the fuel is oil fuel, 1.5 to The range is set to 8mm.
以下、前記構成における作用について説明する。前記燃焼室内で燃料が燃焼して発生したガス(燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスを含む)は、前記各隙間から前記ガス流路へ流入し、前記ガス流路で合流して前記ガス流路を流れた後、前記開口部から外部へ排出される。この流れの過程で、ガスから前記各第一水管内の被加熱流体への伝熱が行われ、前記燃焼室内では、主に輻射伝熱が行われ、前記各隙間および前記ガス流路では、主に対流伝熱が行われる。また、ガスが前記各隙間を通過する際、燃焼反応中のガスが前記各第一水管に接触して冷却され、燃焼温度が低下するため、サーマルNOxの発生が抑制され、NOxの排出量が低減される。 Hereinafter, the operation of the above configuration will be described. Gases generated by combustion of fuel in the combustion chamber (including gases in the combustion reaction and gases in which the combustion reaction has been completed) flow into the gas flow path from the gaps, and merge in the gas flow path. After flowing through the gas flow path, the gas is discharged from the opening to the outside. In the course of this flow, heat transfer from the gas to the heated fluid in each first water pipe is performed, radiant heat transfer is mainly performed in the combustion chamber, and in each gap and the gas flow path, Convection heat transfer is mainly performed. Further, when the gas passes through the gaps, the gas in the combustion reaction comes into contact with the first water pipes and is cooled, and the combustion temperature is lowered. Therefore, the generation of thermal NOx is suppressed, and the NOx emission amount is reduced. Reduced.
前記構成において、前記各隙間を下流側のものほど小さく設定することにより、上流側の前記隙間が相対的に大きくなり、上流側の前記隙間からも所定量のガスが流出し、前記各隙間においてほぼ均等なガス流量となる。したがって、前記隙間保有部における前記各第一水管の熱負荷を均一化することができる。熱負荷に偏りがあると、熱負荷の高い前記第一水管ほどその内面に伝熱阻害物質であるスケールが付着し、過熱されやすくなるが、熱負荷を均一化することにより、この問題を解消することができる。 In the above-described configuration, by setting each gap to be smaller as the downstream side becomes smaller, the gap on the upstream side becomes relatively large, and a predetermined amount of gas flows out from the gap on the upstream side. The gas flow rate is almost uniform. Therefore, the heat load of each first water pipe in the gap holding part can be made uniform. If there is a bias in the heat load, the higher the heat load, the more the scale is a heat transfer inhibiting substance on the inner surface of the first water pipe, and overheating tends to occur, but this problem is solved by making the heat load uniform. can do.
また、前記ガス流路のうち前記所定範囲の流路断面積を次第に増加させた構成により、前記各隙間からのガスの合流によるガス流量の増加に対応して、ガス流速がほぼ一定となる。したがって、前記ガス流路のうち前記所定範囲において、充分な伝熱量が得ることができ,かつ圧力損失があまり大きくならない適切なガス流速を維持することができ、高いボイラ効率と低い圧力損失とを両立することができる。すなわち、高いボイラ効率を実現しつつ圧力損失を低く抑えることができる。高いボイラ効率を実現することができるので、燃料消費量を低減して、省エネルギーを実現することができる。また、低い圧力損失を実現することができるので、燃焼用空気を供給する送風機として小型のものを用いることができ、電力消費量を低減することができる。 In addition, the gas flow velocity is substantially constant corresponding to the increase in the gas flow rate due to the merging of the gas from the respective gaps by the configuration in which the cross-sectional area of the predetermined range is gradually increased in the gas flow channel. Therefore, a sufficient amount of heat transfer can be obtained in the predetermined range of the gas flow path, and an appropriate gas flow rate at which the pressure loss does not become so large can be maintained, and high boiler efficiency and low pressure loss can be achieved. It can be compatible. That is, the pressure loss can be kept low while realizing high boiler efficiency. Since high boiler efficiency can be realized, fuel consumption can be reduced and energy saving can be realized. In addition, since a low pressure loss can be realized, a small fan can be used as a blower for supplying combustion air, and power consumption can be reduced.
ここにおいて、前記各隙間の幅および前記ガス流路の流路断面積を設定するにあたっては、前記ガス流路のガス流速との関係で、前記各隙間からのガスが前記各第一水管の周面に沿って流れるように(いわゆる、コアンダ効果が得られるように)、その値を設定する。そうすることにより、ガスから前記各隙間を形成する前記各第一水管への伝熱量が増加する。 Here, in setting the width of each gap and the cross-sectional area of the gas flow path, the gas from each gap flows around the first water pipe in relation to the gas flow velocity of the gas flow path. The value is set so as to flow along the surface (so as to obtain a so-called Coanda effect). By doing so, the amount of heat transfer from the gas to the first water pipes forming the gaps increases.
つぎに、この発明の第二の実施の形態について説明する。この第二の実施の形態においては、前記壁部材として、環状の第二水管列を設けた構成となっている。すなわち、前記第一水管列の外側に、複数の第二水管により構成された前記第二水管列が配置されており、この両水管列により前記ガス流路が形成されている。前記第一の実施の形態と同様、前記ガス流路と前記燃焼室とは、前記各隙間を介して連通している。また、前記第二水管列における前記水管壁部と向かい合う位置には、前記開口部が設けられており、前記ガス流
路は、前記各隙間から前記開口部へ至る構成となっている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, an annular second water pipe row is provided as the wall member. That is, the second water pipe row constituted by a plurality of second water pipes is arranged outside the first water pipe row, and the gas flow path is formed by both the water pipe rows. Similar to the first embodiment, the gas flow path and the combustion chamber communicate with each other through the gaps. In addition, the opening is provided at a position facing the water pipe wall in the second water pipe row, and the gas flow path is configured to extend from the gaps to the opening.
ここにおいて、この第二の実施の形態の変形例について説明する。この第二の実施の形態においては、実施に応じて、前記第二水管列の外側にさらに所定数の水管列を設けた構成とすることもできる。 Here, a modification of the second embodiment will be described. In the second embodiment, a configuration may be adopted in which a predetermined number of water pipe rows are further provided outside the second water pipe row, depending on the implementation.
前記各隙間および前記ガス流路の具体的構成については、前記第一の実施の形態と同様であるので、その詳細説明を省略する。 The specific configuration of each gap and the gas flow path is the same as that of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.
この第二の実施の形態は、以上のような構成であるので、前記第一の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。 Since the second embodiment is configured as described above, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained.
ところで、前記両実施の形態における環状の前記各水管列は、円形状とすることもできるし、長円状とすることもできる。また、前記各水管列における前記ガス流路側に水平状の伝熱フィンを多段に設けた構成とすることができる。そうすることにより、伝熱面積が増え、伝熱量がさらに増加する。さらに、前記各隙間を形成する前記各第一水管においては、その横断面形状を円形状とする他に長円状あるいは樽状とすることもできる。すなわち、前記各第一水管における前記各隙間を形成する部分を平面状とし、前記各隙間のガス流れ方向の長さを長くして、前記各隙間における伝熱量を増加させる。 By the way, each of the annular water tube rows in both the embodiments can be circular or oval. Moreover, it can be set as the structure which provided the horizontal heat-transfer fin in multiple stages at the said gas flow path side in each said water pipe row | line | column. By doing so, a heat transfer area increases and the amount of heat transfer further increases. Furthermore, in each said 1st water pipe which forms each said clearance gap, the cross-sectional shape can also be made into an ellipse shape or a barrel shape besides circular shape. That is, the part which forms each said clearance gap in each said 1st water pipe is made into planar shape, The length of the gas flow direction of each said clearance gap is lengthened, and the heat transfer amount in each said clearance gap is increased.
以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。まず、第一実施例について、図1〜図3を参照しながら説明する。この第一実施例は、この発明を多管式の貫流ボイラに適用した実施例である。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the first embodiment will be described with reference to FIGS. The first embodiment is an embodiment in which the present invention is applied to a multitubular once-through boiler.
ボイラの缶体は、所定の距離を離して配置された上部管寄せ1および下部管寄せ2を備えている。これらの上部管寄せ1と下部管寄せ2との間には、複数の第一水管3,3,…が環状に配置されている。これらの各第一水管3は、環状の第一水管列4を形成し、前記各第一水管3の上下端部は、前記上部管寄せ1および前記下部管寄せ2にそれぞれ接続されている。前記第一水管列4は、隣接する前記各第一水管3間に隙間5,5,…がそれぞれ形成された隙間保有部6と、前記各第一水管3を第一連結ヒレ7,7,…で連結して構成した水管壁部8とにより構成されている。この第一実施例においては、前記隙間保有部6および前記水管壁部8は、それぞれ約1/2ずつに設定されている。
The boiler body includes an
前記第一水管列4の内側には、燃焼室9が形成されている。この燃焼室9の上方には、バーナ10が取り付けられている。このバーナ10は、前記上部管寄せ1の内方中央部から前記燃焼室9へ向けて挿入されている。また、前記バーナ10には、燃焼用空気を供給するための送風機(図示省略)が接続されている。
A
前記第一水管列4の外側には、円筒状の壁部材11が設けられている。この壁部材11の上下端部は、前記上部管寄せ1および前記下部管寄せ2にそれぞれ接続されている。前記壁部材11は、その一部に開口部12を備えている。この開口部12は、前記隙間保有部6と約180度反対側の位置,すなわち前記水管壁部8と向かい合う位置に設けられている。
A
前記第一水管列4と前記壁部材11とにより、前記各隙間5から前記開口部12へ至るガス流路13,13が形成されている。この両ガス流路13は、前記各隙間5を介して前記燃焼室9と連通し、前記開口部12を介して煙道14と連通している。したがって、前記各隙間5からのガスは、前記両ガス流路13をそれぞれ流れ、前記開口部12にて合流し、前記煙道14から外部へ排出される。
The first
前記壁部材11の外側には、断熱材15が設けられ、さらにその外側には、缶体カバー16が設けられている。
A
さて、前記各隙間5および前記両ガス流路13の構成について、さらに具体的に説明する。以下の説明においては、前記両ガス流路13は、前記各隙間5から前記開口部12へ至る流路としてほぼ対称となっているので、一方の前記ガス流路13について説明する。
Now, the configurations of the
まず、前記各隙間5について具体的に説明する。前記各隙間5においては、その幅を前記ガス流路13におけるガスの流れ方向の下流側のものほど小さく設定している。これは、下流側の前記隙間5ほど前記開口部12に近いため、ガスが流れやすく、ガス流量が大きくなる傾向があり、前記各隙間5におけるガス流量の偏りを抑制するためである。この構成により、前記各隙間5のガス流量をほぼ均等とすることができ、前記隙間保有部6における前記各第一水管3の熱負荷をほぼ均一とすることができる。この第一実施例においては、最も上流側の前記隙間5の幅を6mmとし、下流側へ向かって順に4mm,4mm,4mm,3mm,3mm,3mm,2mm,2mm,2mmとしている。
First, each
つぎに、前記ガス流路13について具体的に説明する。前記ガス流路13のうち前記所定範囲(すなわち、前記ガス流路13のうち前記隙間保有部6と前記壁部材11とにより形成された部分)の流路断面積をガスの流れ方向の下流側へ向かって次第に増加させた構成としている。すなわち、前記各第一水管3の外周面と前記壁部材11の内周面との距離A(図3参照)が、ガスの流れ方向の下流側へ向かって次第に増加している。また、この第一実施例においては、前記各第一水管3の直径が同じとなっており、前記各第一水管3の中心と前記壁部材11の内周面との距離B(図3参照)も、ガスの流れ方向の下流側へ向かって次第に増加している。
Next, the
前記ガス流路13においては、前記各隙間5からのガスの合流により、前記ガス流路13を流れるガスの流量が増加する。また、伝熱によりガスの温度が低下し、それに伴うガスの体積減少によりガス流量が減少するが、合流によるガス流量の増加量の方が大きいため、全体としては、ガス流量は増加する。そこで、前記流路断面積を次第に増加させた構成とすることにより、前記ガス流路13のうち前記所定範囲を流れるガスの流速をほぼ一定とすることができ、充分な伝熱量が得られるとともに、圧力損失があまり大きくならない適切なガス流速を維持することができる。したがって、高いボイラ効率と低い圧力損失とを両立することができる。
In the
ここにおいて、前記流路断面積を次第に増加させた構成は、たとえば前記第一水管列4と前記壁部材11とを互いに偏心させて配置することにより実現する。すなわち、前記第一水管列4を前記壁部材11に対して前記開口部12とは反対側へ偏心させるか,あるいは前記壁部材11を前記第一水管列4に対して前記開口部12側へ偏心させる。この第一実施例においては、後者の偏心構造としている。
Here, the configuration in which the flow path cross-sectional area is gradually increased is realized, for example, by arranging the first
さらに、前記第一水管列4における前記ガス流路13側の伝熱面構造について、具体的に説明する。前記第一水管列4においては、前記隙間保有部6における前記各第一水管3に横ヒレ形状の第一伝熱フィン17,17,…が多段に設けられており、前記水管壁部8における前記各第一水管3に横ヒレ形状の第二伝熱フィン18,18,…が多段に設けられている。これらの各伝熱フィン17,18は、前記各第一水管3の周面から前記ガス流路13へ向けて突出しており、ほぼ水平に設けられているので、伝熱量を増加させつつ、ガスの流通抵抗の増大を抑えることができる。そして、接触するガスの温度に応じて、前記各第一伝熱フィン17の突出高さより前記各第二伝熱フィン18の突出高さを高くしている。このように、前記第一水管列4は、2段階の伝熱面構造となっている。
Furthermore, the heat transfer surface structure on the
以上の構成のボイラにおいて、その作用を説明する。前記バーナ10を作動させると、前記燃焼室9内で燃焼反応が行われ、燃焼反応により発生したガス(燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスを含む。)は、前記各隙間5から前記ガス流路13へ流入する。前記ガス流路13で合流したガスは、前記ガス流路13を流れ、前記開口部12から前記煙道14を通って排ガスとして外部へ排出される。この流れの過程で、ガスから前記各第一水管3内の被加熱流体への伝熱が行われ、前記燃焼室9内では、主に輻射伝熱が行われ、前記各隙間5および前記ガス流路13では、主に対流伝熱が行われる。そして、前記各第一水管3内の被加熱流体は、加熱されながら上昇し、前記上部管寄せ1から蒸気として取り出される。
The effect | action is demonstrated in the boiler of the above structure. When the
前記各隙間5においては、前記各隙間5の幅が下流側のものほど小さく設定されているので、上流側の前記隙間5からも所定量のガスが流出し、前記各隙間5においてほぼ均等なガス流量となる。したがって、前記隙間保有部6における前記各第一水管3の熱負荷を均一化することができる。熱負荷に偏りがあると、熱負荷の高い前記第一水管3ほどその内面に伝熱阻害物質であるスケールが付着し、過熱されやすくなるが、熱負荷を均一化することにより、この問題を解消することができる。また、ガスが前記各隙間5を通過する際、燃焼反応中のガスが前記各第一水管3に接触して冷却され、燃焼温度が低下するため、サーマルNOxの発生が抑制され、NOxの排出量が低減される。
In each of the
また、前記ガス流路13のうち前記所定範囲の流路断面積を次第に増加させた構成により、前記各隙間5からのガスの合流によるガス流量の増加に対応して、ガス流速がほぼ一定となる。したがって、前記ガス流路13のうち前記所定範囲において、充分な伝熱量が得られるとともに、圧力損失があまり大きくならない適切なガス流速を維持することができ、高いボイラ効率と低い圧力損失とを両立することができる。高いボイラ効率を実現することができるので、燃料消費量を低減して、省エネルギーを実現することができる。また、圧力損失を低減することができるので、前記送風機として小型のものを用いることができ、電力消費量を大幅に低減することができる。
Further, the gas flow rate is substantially constant corresponding to the increase in the gas flow rate due to the merging of the gas from the
つぎに、第二実施例について、図4〜図6を参照しながら説明する。この第二実施例も前記第一実施例と同様、この発明を多管式の貫流ボイラに適用した実施例である。ここにおいて、前記第一実施例と同様の構成部材については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。 Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. The second embodiment is an embodiment in which the present invention is applied to a multi-tube type once-through boiler as in the first embodiment. Here, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
さて、この第二実施例は、前記壁部材11として、環状の第二水管列19を配置している。すなわち、前記第一水管列4の外側に前記第二水管列19を配置し、二重水管列構造としている。前記第一水管列4は、前記第一実施例と同様の構成をしており、前記隙間保有部6および前記水管壁部8が、それぞれ約1/2ずつに設定されている。
In the second embodiment, an annular second
前記第二水管列19は、複数の第二水管20を環状に配置して形成されており、前記各第二水管20は、第二連結ヒレ21,21,…でそれぞれ連結されている。前記各第二水管20の上下端部は、前記上部管寄せ1および前記下部管寄せ2にそれぞれ接続されている。また、前記第二水管列19は、その一部に前記開口部12を備えている。前記開口部12は、前記隙間保有部6と約180度反対側の位置,すなわち前記水管壁部8と向かい合う位置に設けられている。また、前記各第一水管3と前記各第二水管20とは、周方向へ半ピッチずつずらした状態で配置されている。
The second
前記第一水管列4と前記第二水管列19とにより、前記各隙間5から前記開口部12へ至る前記ガス流路13,13が形成されている。前記両ガス流路13は、前記各隙間5を
介して前記燃焼室9と連通し、前記開口部12を介して前記煙道14と連通している。したがって、前記各隙間5からのガスは、前記両ガス流路13をそれぞれ流れ、前記開口部12にて合流し、前記煙道14から外部へ排出される。
The first
前記第二水管列19の外側には、前記断熱材15が設けられ、さらにその外側には、前記缶体カバー16が設けられている。
The
また、前記各隙間5および前記両ガス流路13の具体的構成は、前記第一実施例と同様であり、以下のようになっている。以下の説明においては、前記両ガス流路13は、前記各隙間5から前記開口部12へ至る流路としてほぼ対称となっているので、一方の前記ガス流路13について説明する。
The specific configurations of the
まず、前記各隙間5について具体的に説明する。前記各隙間5においては、その幅を前記ガス流路13におけるガスの流れ方向の下流側のものほど小さく設定している。これは、下流側の前記隙間5ほど前記開口部12に近いため、ガスが流れやすく、ガス流量が大きくなる傾向があり、前記各隙間5におけるガス流量の偏りを抑制するためである。この構成により、前記各隙間5のガス流量をほぼ均等とすることができ、前記隙間保有部6における前記各第一水管3の熱負荷をほぼ均一とすることができる。この第二実施例においても、最も上流側の前記隙間5の幅を6mmとし、下流側へ向かって順に4mm,4mm,4mm,3mm,3mm,3mm,2mm,2mm,2mmとしている。
First, each
つぎに、前記ガス流路13について具体的に説明する。前記ガス流路13のうち前記所定範囲の流路断面積をガスの流れ方向の下流側へ向かって次第に増加させた構成としている。すなわち、前記各第一水管3の外周面と前記第二水管列19の内側(前記各第二水管20の外周面に接する弧線X(二点鎖線で表示))との距離C(図6参照)が、ガスの流れ方向の下流側へ向かって次第に増加している。また、この第二実施例においては、前記各水管3,20の直径が同じであり,かつ前記各第二連結ヒレ21が前記各第二水管20の中心を連ねる弧線Y(一点鎖線で表示)上に設けられており、前記各第一水管3の中心と前記各第二連結ヒレ21の内壁面との距離D(図6参照)も、ガスの流れ方向の下流側へ向かって次第に増加している。
Next, the
前記ガス流路13においては、前記各隙間5からのガスの合流により、前記ガス流路13を流れるガスの流量が増加する。また、伝熱によりガスの温度が低下し、それに伴うガスの体積減少によりガス流量が減少するが、合流によるガス流量の増加量の方が大きいため、全体としては、ガス流量は増加する。そこで、前記流路断面積を次第に増加させた構成とすることにより、前記ガス流路13のうち前記所定範囲を流れるガスの流速をほぼ一定とすることができ、充分な伝熱量が得られるとともに、圧力損失があまり大きくならない適切なガス流速を維持することができる。したがって、高いボイラ効率と低い圧力損失とを両立することができる。
In the
ここにおいて、前記流路断面積を次第に増加させた構成は、たとえば前記両水管列4,19を互いに偏心させて配置することにより実現する。すなわち、前記第一水管列4を前記第二水管列19に対して前記開口部12とは反対側へ偏心させるか,あるいは前記第二水管列19を前記第一水管列4に対して前記開口部12側へ偏心させる。この第二実施例においては、後者の偏心構造としている。
Here, the configuration in which the flow path cross-sectional area is gradually increased is realized, for example, by arranging the
さらに、前記両水管列4,19における前記ガス流路13側の伝熱面構造について、具体的に説明する。前記第一水管列4においては、前記第一実施例と同様、前記隙間保有部6における前記各第一水管3に横ヒレ形状の前記各第一伝熱フィン17が多段に設けられており、前記水管壁部8における前記各第一水管3に横ヒレ形状の前記各第二伝熱フィン
18が多段に設けられている。前記各伝熱フィン17,18は、前記各第一水管3の周面から前記ガス流路13へ向けて突出しており、ほぼ水平に設けられているので、伝熱量を増加させつつ、ガスの流通抵抗の増大を抑えることができる。そして、接触するガスの温度に応じて、前記各第一伝熱フィン17の突出高さより前記各第二伝熱フィン18の突出高さを高くしている。このように、前記第一水管列4は、2段階の伝熱面構造となっている。
Furthermore, the heat transfer surface structure on the
また、前記第二水管列19においては、上流側から順に、伝熱フィンを備えていない前記第二水管20からなる伝熱面,横ヒレ形状の第三伝熱フィン22,22,…が多段に設けられた前記第二水管20からなる伝熱面,横ヒレ形状の第四伝熱フィン23,23,…が多段に設けられた前記第二水管20からなる伝熱面が設けられており、3段階の伝熱面構造となっている。これらの各伝熱フィン22,23は、前記各第二水管20の周面から前記ガス流路13へ向けて突出しており、ほぼ水平に設けられているので、伝熱量を増加させつつ、ガスの流通抵抗の増大を抑えることができる。そして、接触するガスの温度に応じて、前記各第三伝熱フィン22の突出高さより前記各第四伝熱フィン23の突出高さを高くしている。
Moreover, in the said 2nd water pipe row | line |
以上の構成のボイラにおいて、その作用を説明する。前記バーナ10を作動させると、前記燃焼室9内で燃焼反応が行われ、燃焼反応により発生したガス(燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスを含む。)は、前記各隙間5から前記ガス流路13へ流入する。前記ガス流路13で合流したガスは、前記ガス流路13を流れ、前記開口部12から前記煙道14を通って排ガスとして外部へ排出される。この流れの過程で、ガスから前記各水管3,20内の被加熱流体への伝熱が行われ、前記燃焼室9内では、主に輻射伝熱が行われ、前記各隙間5および前記ガス流路13では、主に対流伝熱が行われる。そして、前記各水管3,20内の被加熱流体は、加熱されながら上昇し、前記上部管寄せ1から蒸気として取り出される。
The effect | action is demonstrated in the boiler of the above structure. When the
前記各隙間5においては、前記各隙間5の幅が下流側のものほど小さく設定されているので、上流側の前記隙間5からも所定量のガスが流出し、前記各隙間5においてほぼ均等なガス流量となる。したがって、前記隙間保有部6における前記各第一水管3の熱負荷を均一化することができる。熱負荷に偏りがあると、熱負荷の高い前記第一水管3ほどその内面に伝熱阻害物質であるスケールが付着し、過熱されやすくなるが、熱負荷を均一化することにより、この問題を解消することができる。また、ガスが前記各隙間5を通過する際、燃焼反応中のガスが前記各第一水管3に接触して冷却され、燃焼温度が低下するため、サーマルNOxの発生が抑制され、NOxの排出量が低減される。
In each of the
また、前記ガス流路13のうち前記所定範囲の流路断面積を次第に増加させた構成により、前記各隙間5からのガスの合流によるガス流量の増加に対応して、ガス流速がほぼ一定となる。したがって、前記ガス流路13のうち前記所定範囲において、充分な伝熱量が得られるとともに、圧力損失があまり大きくならない適切なガス流速を維持することができ、高いボイラ効率と低い圧力損失とを両立することができる。この第二実施例では、前記ガス流路13におけるガス流速は約20m/sであり、缶体全体の圧力損失は約300mmAqであり、ボイラ効率は約90%である。高いボイラ効率を実現することができるので、燃料消費量を低減して、省エネルギーを実現することができる。また、前記圧力損失は、従来のものと比較して約40%低減されており、前記送風機として小型のものを用いることができるため、電力消費量を大幅に低減することができる。
Further, the gas flow rate is substantially constant corresponding to the increase in the gas flow rate due to the merging of the gas from the
以上の各実施例は、前記各隙間5からのガスが前記両ガス流路13をそれぞれ流れる缶体について説明したが、この発明は、たとえば米国特許第4257358号公報の図1および図2に記載されているように、ガスが一方向へ前記ガス流路13をほぼ一周するよう
に流れる缶体にも適用することができる。
In each of the above-described embodiments, the can body in which the gas from each
3 第一水管
4 第一水管列
5 隙間
9 燃焼室
11 壁部材
13 ガス流路
19 第二水管列
20 第二水管
Claims (4)
The water pipe boiler according to any one of claims 1 to 3, wherein the wall member 11 is an annular second water pipe row 19 constituted by a plurality of second water pipes 20, 20,.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004042958A JP2005147648A (en) | 2003-09-22 | 2004-02-19 | Water tube boiler |
Applications Claiming Priority (3)
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---|---|---|---|
JP2003329443 | 2003-09-22 | ||
JP2003362786 | 2003-10-23 | ||
JP2004042958A JP2005147648A (en) | 2003-09-22 | 2004-02-19 | Water tube boiler |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005147648A true JP2005147648A (en) | 2005-06-09 |
Family
ID=34704848
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004042958A Pending JP2005147648A (en) | 2003-09-22 | 2004-02-19 | Water tube boiler |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2005147648A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160102346A (en) | 2015-02-20 | 2016-08-30 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | Economiser, composite boiler and methods of use thereof |
-
2004
- 2004-02-19 JP JP2004042958A patent/JP2005147648A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20160102346A (en) | 2015-02-20 | 2016-08-30 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | Economiser, composite boiler and methods of use thereof |
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